CN213202382U

CN213202382U - 一种食品级二氧化碳的制备装置

Info

Publication number: CN213202382U
Application number: CN202022231113.6U
Authority: CN
Inventors: 金向华; 刘同锋; 叶志强
Original assignee: Kunshan Jinhong Carbon Dioxide Co ltd
Current assignee: Kunshan Jinhong Carbon Dioxide Co ltd
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2021-05-14
Anticipated expiration: 2030-10-09

Abstract

本实用新型公开了一种食品级二氧化碳的制备装置，包括压缩机构、脱硫机构、催化氧化机构、干燥机构、吸附机构、冷凝机构和精馏塔；所述压缩机构的出口的气体压力为1.5～3.5Mpa。本实用新型先将原料气通过压缩机构压缩后，再进行后续的脱硫、脱水等操作，由于原料气被压缩后，其体积大大减小，因此后续的脱硫脱水设备等都可以相应的减小体积，从而克服了现有技术中设备体积大、占地面积大，造价高等问题。

Description

一种食品级二氧化碳的制备装置

技术领域

本实用新型涉及化工气体领域，具体涉及一种食品级二氧化碳的制备装置。

背景技术

二氧化碳(carbon dioxide)，化学式为CO₂，常温常压下是一种无色无味或无色无嗅而其水溶液略有酸味的气体，也是一种常见的温室气体，还是空气的组分之一(占大气总体积的0.03％-0.04％)。在物理性质方面，二氧化碳的熔点为-56.6℃，沸点为-78.5℃，密度比空气密度大(标准条件下)，溶于水。在化学性质方面，二氧化碳的化学性质不活泼，热稳定性很高(2000℃时仅有1.8％分解)，不能燃烧，通常也不支持燃烧，属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，因与水反应生成的是碳酸，所以是碳酸的酸酐。二氧化碳主要应用于冷藏易腐败的食品(固态)、作致冷剂(液态)、制造碳化软饮料(气态)和作均相反应的溶剂(超临界状态)等。

气态二氧化碳用于碳化软饮料、水处理工艺的pH控制、化学加工、食品保存、化学和食品加工过程的惰性保护、焊接气体、植物生长刺激剂，在铸造中用于硬化模和芯子及用于气动器件，还应用于杀菌气的稀释剂(即用氧化乙烯和二氧化碳的混台气作为杀菌、杀虫剂、熏蒸剂，广泛应用于医疗器具、包装材料、衣类、毛皮、被褥等的杀菌、骨粉消毒、仓库、工厂、文物、书籍的熏蒸)。

液体二氧化碳用作致冷剂，飞机、导弹和电子部件的低温试验，提高油井采收率，橡胶磨光以及控制化学反应，也可用作灭火剂。

固态二氧化碳广泛用于冷藏奶制品、肉类、冷冻食品和其它转运中易腐败的食品，在许多工业加工中作为冷冻剂，例如粉碎热敏材料、橡胶磨光、金属冷处理、机械零件的收缩装配、真空冷阱等。

食品级二氧化碳在食品冷冻、饮料碳酸化、烟丝膨胀等领域有广泛的应用。由上可见，二氧化碳是现代工业中不可缺少的基础性支撑源材料。随着食品工业的飞速发展，其用量相当可观，对用于食品工业中的液体二氧化碳的纯度要求也相当高。

目前，二氧化碳的提纯方法主要有：溶剂吸收法、变压吸附法、膜分离法、压缩冷凝法等，这些方法在具体使用中各有优缺点。例如，溶剂吸收法主要是根据气源条件选用一种或几种吸收液，吸收气源中的二氧化碳，然后从吸收液中解析二氧化碳，适用于处理气体中二氧化碳浓度较低的气源，分离效果较好，但该工艺投资费用大，能耗高，分离回收成本高。膜分离法是基于混合气体中二氧化碳与其他组分透过膜材料的速度不同而实现二氧化碳与其他组分的分离，膜分离法具有投资低、操作方便、能耗低等优点，膜分离法在装置成本上约为溶剂吸收法的一半，然而其缺点在于很难得到高纯度的二氧化碳。中国发明专利申请CN10456035A公开了一种食品级高纯度液体二氧化碳的制备装置，包括除油器、冷却器、缓冲罐、脱硫器、净化器、蒸发冷凝器、以及提纯塔。

然而，上述二氧化碳的制备装置存在如下问题：(1)对于工业化的制备装备而言，由于产量很大，因此各个工序的设备都存在体积大、占地面积大，造价高等问题；(2)由于食品级二氧化碳对纯度的要求较高，需要对原料气进行除杂(主要是脱硫、脱烃、脱水、脱氨等等)，在这些除杂工序中，各个设备的工艺参数都不一样，因此，如何更好的统筹整个系统，降低能耗，提高经济效益，这成了本领域经久不衰的研究课题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种食品级二氧化碳的制备装置，以降低能耗，提高经济效益。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种食品级二氧化碳的制备装置，包括压缩机构、脱硫机构、催化氧化机构、干燥机构、吸附机构、冷凝机构和精馏塔；

所述压缩机构的出口与脱硫机构的入口相连通，所述脱硫机构的出口与催化氧化机构的入口相连通，所述催化氧化机构的出口与干燥机构的入口相连通，所述干燥机构的出口与吸附机构的入口相连通，所述吸附机构的出口与冷凝机构的入口相连通，所述冷凝机构的出口与精馏塔的入口相连通；

所述压缩机构的出口的气体压力为1.5～3.5Mpa。

上文中，本方案先将原料气通过压缩机构压缩后，再进行后续的脱硫、脱水等操作，由于原料气被压缩后，其体积大大减小，从而后续的脱硫设备、脱水设备等都可以相应的减小体积，从而克服了现有技术中设备体积大、占地面积大，造价高等问题。同时，整个体系在采用压缩的气体，对后续的精馏作业提供了好处：气体在高压下的沸点大大降低，因而对采用的冷凝机构的要求降低了，从而整个体系的设备要求也相应降低了。

上文中，所述脱硫机构的功能主要是脱硫；所述催化氧化机构的功能主要是脱烃，将原料气中的碳氢化合物转化为二氧化碳和水；所述干燥机构的功能主要是脱水；所述吸附机构的功能主要是脱氨。

优选的，所述压缩机构和脱硫机构之间还设有原料换热器和水冷却器，

经过压缩机构压缩后的原料气依次经过所述原料换热器和水冷却器降温至常温后进入所述脱硫机构；从所述脱硫机构出来的气体再经过所述原料换热器换热升温后进入所述催化氧化机构。

由于脱硫机构中，吸附硫离子成分的工况为常温，而经过压缩机构压缩后的原料气的温度约为120℃，该120℃的原料气是不能直接通过脱硫机构的，否则脱硫机构中的脱硫剂会没有吸附效果。同时，在催化氧化机构需要高温进行氧化反应，现有技术中是用电加热器将原料气由常温加热到催化氧化工况(约400℃)所需要的温度，不仅消耗的电量很大，导致单耗很高，而且需要配置的电加热器功率更大，导致生产成本明显增加。因此，本申请在压缩机构和脱硫机构之间设置了原料换热器，一方面通过其对原料气进行降温之后进入脱硫机构，另一方面将脱硫之后的气体进行升温，从而充分利用了热能，降低了生产成本。

优选的，从所述脱硫机构出来的气体再经过所述原料换热器换热，升温至90～110℃后进入所述催化氧化机构。优选是98～102℃。

优选的，所述压缩机构由3个并联的压缩机构成。

优选的，所述干燥机构为分子筛干燥器。

优选的，所述冷凝机构为采用液氨作为制冷剂的蒸发冷凝器。

优选的，所述压缩机构的出口的气体压力为2.0～2.7Mpa。优选的，所述压缩机构的出口的气体压力为2.5Mpa。

优选的，所述精馏塔的出口与储存罐相连通。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1.本实用新型新开发了一种新的食品级二氧化碳的制备装置，先将原料气通过压缩机构压缩后，再进行后续的脱硫、脱水等操作，由于原料气被压缩后，其体积大大减小，因此后续的脱硫脱水设备等都可以相应的减小体积，从而克服了现有技术中设备体积大、占地面积大，造价高等问题；取得了显著的效果；

2.本实用新型采用压缩的气体进行作业，不仅可以减小设备的体积，而且还给精馏作业提供了好处：气体的沸点在高压下会大大降低，因而对采用的冷凝机构的要求降低了，二氧化碳在比较高的温度下(约零下17度)即可被液化，而冷凝机构是整个设备要求最高的地方，其要求降低了，整个体系的设备要求也相应降低了；

3.本实用新型在压缩机构和脱硫机构之间设置了原料换热器，一方面通过其对原料气进行降温之后进入脱硫机构，另一方面将脱硫之后的气体进行升温，从而充分利用了热能，降低了生产成本，取得了积极的的经济效益；

4.本实用新型的体系相对简单，设备要求也相对较低，易于建设和维护，且成本较低，适于推广应用。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的系统示意图。

其中，1、压缩机；2、脱硫机构；3、催化氧化机构；4、干燥机构；5、吸附机构；6、冷凝机构；7、精馏塔；8、气体储罐；9、原料换热器；10、水冷却器。

具体实施方式

结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一

参见图1，一种食品级二氧化碳的制备装置，包括压缩机1、脱硫机构2、催化氧化机构3、干燥机构4、吸附机构5、冷凝机构6和精馏塔7；

所述压缩机构的出口的气体压力为2.5Mpa。

所述压缩机构和脱硫机构之间还设有原料换热器9和水冷却器10，经过压缩机构压缩后的原料气依次经过所述原料换热器和水冷却器降温至常温后进入所述脱硫机构；从所述脱硫机构出来的气体再经过所述原料换热器换热升温后进入所述催化氧化机构。

本实施例中，从所述脱硫机构出来的气体再经过所述原料换热器换热，升温至100℃后进入所述催化氧化机构。本实施例中，所述干燥机构为分子筛干燥器。所述冷凝机构为采用液氨作为制冷剂的蒸发冷凝器。所述精馏塔的出口与气体储罐8相连通。

上文中，所述脱硫机构的功能主要是脱硫；所述催化氧化机构的功能主要是脱烃，将原料气中的碳氢化合物转化为二氧化碳和水；所述干燥机构的功能主要是脱水；所述吸附机构的功能主要是脱氮。

由于脱硫机构中，吸附硫离子成分的工况为常温，而经过压缩机构压缩后的原料气的温度约为120℃，该120℃的原料气是不能直接通过脱硫机构的，否则脱硫机构中的脱硫剂会没有吸附效果；因此，本实施例中，压缩机加压自动产生温度约为120℃的原料气，先进入原料气换热器作为热源进行热回收，然后通过水冷却器降为常温进入脱硫装置。

同时，因催化氧化机构中的反应器中的催化剂为钯金属催化剂，其通过的原料气中不能含有硫离子成分，所以催化氧化机构必须设置在脱硫机构后面；此外，催化氧化机构需要高温进行氧化反应，现有技术中是用电加热器将原料气由常温加热到催化氧化工况(约400℃)所需要的温度，不仅消耗的电量很大，导致单耗很高，而且需要配置的电加热器功率更大，导致生产成本明显增加。因此，本申请在压缩机构和脱硫机构之间设置了原料换热器，一方面通过其对原料气进行降温之后进入脱硫机构，另一方面将脱硫之后的气体进行升温(升温至100℃后进入所述催化氧化机构)，从而充分利用了热能，极大地降低了电加热器的电量消耗，降低了生产成本。

上述食品级二氧化碳的制备装置的具体实施步骤如下：

1)气量为10000Nm³/h的CO₂的原料气体经过压缩机加压，末级出口原料气温度达到120℃左右，通过原压缩机三级水冷却器旁通管道，到达原料换热器，和脱硫机构的出口原料气(温度常温)进行换热，温度降到50℃左右，在经过水冷却器冷却到常温；

2)从水冷却器出口的原料气降到常温后经稳压罐后通向脱硫机构，脱硫后的原料气(常温)通过原料换热器，吸收压缩机出来原料气的热量，从而进行了热回收，温度提升到100℃左右，进入催化氧化系统；

3)通过原料换热器的原料气进入预换热系统，温度提升到250℃左右，然后进入电加热器加热至350℃左右，再进入催化氧化机构(即催化床)，从催化床出来后进入预热换热器将热量用来加热原料气，然后在进入水冷却器，冷却至常温再进入干燥机构(干燥床)；

4)通过水冷却器的原料气(常温)进入干燥机构(干燥床)，干燥床吸附其中的水分、油脂，然后进入第二冷却器；

5)通过第二冷却器的原料气(常温)进入吸附机构(吸附床)，吸附床吸附其中的氨等杂质，然后进入预冷器；

6)通过预冷器的原料气(10℃左右)进入冷凝机构(液化系统)，通过第一液化器、第二液化器、第三液化器对其进行分段换热降温，让其温度降到-15℃左右，从而液化；

7)从液化器出来的气液混合物直接进入精馏塔中段，其气相向上进入塔顶冷凝器，再次进行冷凝液化，不凝的气体做为轻组分在塔顶排除，其液相向下进入再沸器再沸精馏，由再沸器中得到食品级产品，液体产品在再沸器底部引出，经过过冷器再次降温，后送到成品罐中贮存，装车出厂。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种食品级二氧化碳的制备装置，其特征在于：包括压缩机构、脱硫机构、催化氧化机构、干燥机构、吸附机构、冷凝机构和精馏塔；

所述压缩机构的出口的气体压力为1.5～3.5Mpa。

2.如权利要求1所述的食品级二氧化碳的制备装置，其特征在于，所述压缩机构和脱硫机构之间还设有原料换热器和水冷却器，

3.如权利要求2所述的食品级二氧化碳的制备装置，其特征在于，从所述脱硫机构出来的气体再经过所述原料换热器换热，升温至90～110℃后进入所述催化氧化机构。

4.如权利要求1所述的食品级二氧化碳的制备装置，其特征在于，所述压缩机构由3个并联的压缩机构成。

5.如权利要求1所述的食品级二氧化碳的制备装置，其特征在于，所述干燥机构为分子筛干燥器。

6.如权利要求1所述的食品级二氧化碳的制备装置，其特征在于，所述冷凝机构为采用液氨作为制冷剂的蒸发冷凝器。

7.如权利要求1所述的食品级二氧化碳的制备装置，其特征在于，所述压缩机构的出口的气体压力为2.0～2.7Mpa。

8.如权利要求7所述的食品级二氧化碳的制备装置，其特征在于，所述压缩机构的出口的气体压力为2.5Mpa。

9.如权利要求1所述的食品级二氧化碳的制备装置，其特征在于，所述精馏塔的出口与储存罐相连通。